Virus cúm: Đặc điểm kháng nguyên

Kháng nguyên là chất có khả năng kích thích phản ứng miễn dịch, đặc biệt kích hoạt tế bào lympho, là tế bào bạch cầu chống nhiễm trùng cơ thể. Nhìn chung, hai bộ phận chính của kháng nguyên được công nhận: kháng nguyên ngoài (hoặc dị hợp tử) và tự kháng nguyên. Kháng nguyên ngoài có nguồn gốc từ bên ngoài cơ thể. Ví dụ bao gồm các bộ phận hoặc các chất được tạo ra bởi virus hoặc vi sinh vật (như vi khuẩn và động vật nguyên sinh), cũng như các chất trong nọc rắn, một số protein trong thực phẩm và các thành phần của huyết thanh và hồng cầu từ các cá nhân khác. Tự kháng nguyên, bắt nguồn từ bên trong cơ thể. Thông thường, cơ thể có thể tự tạo ra kháng nguyên, nhưng ở những người bị rối loạn khả năng tự miễn dịch, rối loạn cơ chế gây ra phản ứng miễn dịch, dẫn đến việc tạo ra các kháng thể tự động. Một kháng nguyên gây ra phản ứng miễn dịch, tức là, kích thích tế bào lympho tạo ra kháng thể hoặc tấn công trực tiếp vào kháng nguyên được gọi là kháng thể.

Kháng nguyên là cấu trúc phân tử trên bề mặt virus được hệ thống miễn dịch của cơ thể tiếp nhận và có khả năng kích hoạt phản ứng miễn dịch (sản xuất kháng thể). Trên virus cúm, các kháng nguyên chính được tìm thấy trên các protein bề mặt của virus (xem Hình 1).

Khi ai đó tiếp xúc với virus cúm (thông qua truyền nhiễm hoặc tiêm vắc-xin), hệ thống miễn dịch của họ tạo ra các kháng thể đặc hiệu chống lại các kháng nguyên (protein bề mặt) trên virus cúm cụ thể đó. Thuật ngữ “đặc tính kháng nguyên” được sử dụng để mô tả các kháng thể hoặc phản ứng miễn dịch kích hoạt bởi các kháng nguyên trên một loại virus đặc biệt. “Đặc tính kháng nguyên” đề cập đến việc phân tích đặc tính kháng nguyên của một loại virus để giúp đánh giá mức độ liên quan đến nó là vi rút khác.

Hình ảnh trên cho thấy các tính năng khác nhau của virus cúm, bao gồm các protein bề mặt hemagglutinin (HA) và neuraminidase (NA). Sau khi bị nhiễm cúm hoặc nhận vắc-xin cúm, hệ thống miễn dịch cơ thể có thể phát triển các kháng thể nhận biết và liên kết với các vị trí kháng nguyên, là khu vực được tìm thấy trên protein bề mặt của virut cúm. Bằng cách liên kết với các vị trí kháng nguyên này, các kháng thể vô hiệu hóa virus cúm, ngăn chặn sự phát triển của virus cúm trong cơ thể.

Các kháng nguyên quan trọng của virus cúm nằm ở phần lõi và phần vỏ ngoài.

• Phần lõi của virus cúm chứa 1 phân tử ARN và protein, tương ứng với kháng nguyên S (Soluble). Mặc dù mang toàn bộ mã di truyền của virus nhưng kháng nguyên này không có ý nghĩa với cơ chế miễn dịch bảo vệ của cơ thể.
• Phần vỏ ngoài chứa hai kháng nguyên quan trọng là hemagglutinin (H) và neuraminidase (N).
  • Kháng nguyên H còn gọi là tố ngưng kết hồng cầu. Kháng nguyên này giúp virus bám vào tế bào niêm mạc đường hô hấp, từ đó xâm nhập vào trong tế bào. Nó có thể bám vào màng hồng cầu người và một số loài động vật làm những hồng cầu này bị dính lại với nhau thành một màng ở đáy ống nghiệm- Đó là hiện tượng ngưng kết hồng cầu. Kháng thể tương ứng với kháng nguyên H còn gọi là kháng thể ngăn ngưng kết hồng cầu có tác dụng bảo vệ.
  • Kháng nguyên N có hoạt tính enzyme làm loãng chất nhầy ở đường hô hấp, giúp virus tiếp xúc dễ dàng hơn với tế bào của niêm mạc. Ngoài ra nó giúp cho virus xâm nhập tế bào dễ dàng, giúp cho sự lắp ráp các thành phần của virus và thoát ra khỏi tế bào. Kháng thể tương ứng với kháng nguyên N cũng có tác dụng bảo vệ cơ thể.

Hai kháng nguyên H và N quyết định đến khả năng gây bệnh của virus cúm và mang tính đặc hiệu type. Tuy nhiên, các cấu trúc H và N lại có thể thay đổi thành các H và N mới. Hiện nay đã phát hiện được 13 cấu trúc kháng nguyên H, ký hiệu từ H1 đến H13 và 9 cấu trúc kháng nguyên N ký hiệu từ N1 đến N9.

CDC đã có đặc trưng về mặt kháng nguyên của khoảng 2.000 virus cúm mỗi năm để so sánh mức độ virus cúm đang lưu hành và theo dõi sự thay đổi của virus cúm lưu hành. Đặc tính kháng nguyên có thể cho thấy khả năng của vắc-xin cúm để tạo ra phản ứng miễn dịch chống lại virus cúm lưu hành ở người. Thông tin này cũng giúp các chuyên gia quyết định loại virus nào nên được đưa vào trong vắc-xin cúm mùa cúm sắp tới. Thông tin khác xác định mức độ lưu hành của virus cúm hoặc virus khác là kết quả của các xét nghiệm huyết thanh học và giải trình tự gen.

Các nhà khoa học sử dụng một xét nghiệm gọi là xét nghiệm ức chế hemagglutinin (HI) để xác định đặc tính của virus cúm. Xét nghiệm HI hoạt động bằng cách đo mức độ kháng thể liên kết với virus cúm.

Các nhà khoa học sử dụng xét nghiệm HI để đánh giá sự giống nhau về kháng nguyên giữa các virus cúm. Xét nghiệm này đặc biệt hữu ích để giúp chọn vắc-xin virus được sử dụng trong vắc-xin cúm theo mùa. Kết quả xét nghiệm HI có thể cho chúng ta biết liệu các kháng thể được phát triển chống lại việc tiêm vắc-xin với một loại virus có đủ tương tự về mặt kháng nguyên với một loại virus cúm lưu hành khác để tạo ra phản ứng miễn dịch chống lại virus lưu hành đó hay không. Các nhà khoa học cũng sử dụng xét nghiệm HI để so sánh các thay đổi về kháng nguyên trong các virus cúm hiện đang lưu hành với các virus cúm đã lưu hành trong quá khứ.

Thử nghiệm HI bao gồm ba thành phần chính: kháng thể, virus cúm và các tế bào hồng cầu được trộn lẫn với nhau của một tấm microtiter. (Xem hình 2.)

Một tấm microtiter được sử dụng để thực hiện kiểm tra HI. Chiếc đĩa chứa các hốc nhỏ chứa một lượng nhỏ chất lỏng trong đó có dung dịch kháng thể, virus cúm và hồng cầu được đưa vào và cho phép tương tác. Các hốc này được sắp xếp theo các hàng và cột (được xác định trên tấm microtiter bằng chữ cái và số tương ứng). Các hàng của tấm có thể được sử dụng để kiểm tra các loại virus cúm khác nhau chống lại cùng một nhóm kháng thể. Các cột có thể được sử dụng để phân biệt giữa các kháng thể pha loãng lớn hơn, như thang đo từ thấp đến cao đi từ trái sang phải (xem ví dụ Hình 3).

Mẫu virus này có chỉ số HI là 1280, có nghĩa là độ pha loãng lớn nhất của kháng thể vẫn bị chặn quá trình đông máu xảy ra là ở độ pha loãng 1280. Ở độ pha loãng này, các kháng thể vẫn có khả năng nhận biết và liên kết với các kháng nguyên trên virus.

Khi CDC có đặc trưng về mặt kháng nguyên của virus cúm để thông báo quyết định về việc hình thành vắc-xin cúm theo mùa, xét nghiệm HI được sử dụng để so sánh virus lưu hành (virus cúm loại B & C) hiện tại với vắc-xin virus cúm loại A. Điều này cho phép các nhà khoa học nhanh chóng xác định xem một loại virus được sử dụng trong vắc-xin cúm theo mùa có giống về mặt kháng nguyên với virus cúm lưu hành hay không và do đó có khả năng tạo ra phản ứng miễn dịch chống lại chúng.

Các kháng thể được sử dụng trong xét nghiệm HI thu được bằng cách tiêm cho động vật (thường là chồn sương) không bị phơi nhiễm với bất kỳ virus cúm hoặc vắc-xin nào trước đó trong đời. Hệ thống miễn dịch động vật khác tạo ra các kháng thể để đáp ứng với các kháng nguyên trên bề mặt của virus cúm cụ thể đã được sử dụng để lây nhiễm cho động vật đó. Để nghiên cứu các kháng thể này, một mẫu máu (huyết thanh) được lấy từ động vật. Xét nghiệm HI đo lường mức độ các kháng thể này nhận biết và liên kết với các virus cúm khác. Nếu các kháng thể chồn (kết quả do tiếp xúc với vắc-xin virus) nhận ra và liên kết với virus cúm từ bệnh nhân bị bệnh, thì điều này cho thấy virus vắc-xin tương tự như virus cúm thu được từ bệnh nhân mắc bệnh. Phát hiện này có ý nghĩa đối với việc vắc-xin có thể hoạt động tốt như thế nào ở người.

Như đã đề cập trước đó, virus cúm được sử dụng trong xét nghiệm HI được lấy từ các mẫu từ người bệnh. CDC và các trung tâm hợp tác khác của WHO thu thập mẫu vật từ mọi người trên khắp thế giới để theo dõi virus cúm nào đang lây nhiễm ở người và để theo dõi xem những virus này đang thay đổi như thế nào.

Đối với xét nghiệm HI, các tế bào hồng cầu được lấy từ động vật (thường là gà tây hoặc chuột lang). Chúng được sử dụng trong xét nghiệm HI vì virus cúm liên kết với chúng. Thông thường, các hồng cầu trong dung dịch sẽ chìm xuống đáy của xét nghiệm và tạo thành một chấm đỏ ở phía dưới (Hình 4A). Tuy nhiên, khi một virus cúm được thêm vào dung dịch các tế bào hồng cầu, các protein bề mặt của virus hemagglutinin (HA) sẽ liên kết với nhiều hồng cầu. Khi virus cúm liên kết với hồng cầu, các tế bào màu đỏ tạo thành cấu trúc mạng tinh thể (Hình 4B). Điều này giữ cho các hồng cầu lơ lửng trong dung dịch thay vì chìm xuống đáy và tạo thành chấm đỏ. Quá trình virus cúm liên kết với hồng cầu để hình thành cấu trúc mạng được gọi là hemagglutination.

Xét nghiệm HI liên quan đến sự tương tác của các tế bào hồng cầu (RBCs), kháng thể và virus cúm. Hàng A cho thấy rằng trong trường hợp không có virus, các hồng cầu trong dung dịch sẽ chìm xuống đáy của tấm microtiter và trông giống như một chấm đỏ. Hàng B cho thấy virus cúm sẽ liên kết với các tế bào hồng cầu khi được đặt trong cùng một dung dịch. Điều này được gọi là hemagglutination và được thể hiện bằng sự hình thành cấu trúc mạng tinh thể, được mô tả trong cột ngoài cùng bên phải theo kết quả Microtiter. Hàng C cho thấy các kháng thể tương tự về mặt kháng nguyên với một loại virus đang được thử nghiệm nhận ra và liên kết với virus cúm đó như thế nào. Điều này ngăn chặn virus và hồng cầu liên kết, và do đó, quá trình đông máu không xảy ra (nghĩa là, sự ức chế hemagglutination xảy ra thay thế).

Khi các kháng thể được trộn sẵn với virus cúm theo sau là hồng cầu, các kháng thể sẽ liên kết với các kháng nguyên virus cúm mà chúng nhận ra, bao phủ virus để các protein bề mặt HA của nó không còn có thể liên kết với hồng cầu (Hình 4C). Phản ứng giữa kháng thể và virus ức chế (nghĩa là ngăn chặn) sự ngưng kết hồng cầu xảy ra, dẫn đến ức chế ngưng kết hồng cầu (như trong Hình 4C). Đây là lý do tại sao xét nghiệm được gọi là xét nghiệm ức chế hemagglutinin (HI). Hemagglutination (như mô tả trong Hình 4B) xảy ra khi các kháng thể không nhận ra và liên kết với virus cúm trong dung dịch, và kết quả là, virus cúm liên kết với các tế bào hồng cầu trong dung dịch, tạo thành cấu trúc mạng tinh thể. Khi các kháng thể nhận ra và liên kết với virus cúm trong dung dịch, điều này cho thấy vắc-xin virus (giống như virus bị nhiễm bệnh) đã tạo ra phản ứng miễn dịch chống lại virus cúm thu được từ bệnh nhân bị bệnh. Khi điều này xảy ra, virus cúm đang được thử nghiệm được cho là có tính kháng nguyên giống như virus cúm đã tạo ra các kháng thể (từ chồn sương).

Xét nghiệm HI đánh giá mức độ tương tự về kháng nguyên giữa hai loại virus bằng thang đo dựa trên độ pha loãng kháng thể. Như đã đề cập trước đây, xét nghiệm HI được thực hiện bằng tấm microtiter. Tấm microtiter chứa các hàng và cột, trong đó hồng cầu, virus cúm và kháng thể (được phát triển chống lại virus so sánh, như vắc-xin virus) được trộn lẫn. Mức độ pha loãng được đánh dấu trên đầu của tấm microtiter. Những mức độ pha loãng này có chức năng như một thang đo để đánh giá sự tương tác kháng nguyên và đáp ứng miễn dịch. Bằng cách kiểm tra khả năng pha loãng kháng thể lớn hơn để ngăn chặn quá trình đông máu, các nhà khoa học đo lường mức độ các kháng thể đó nhận biết và liên kết với virus cúm. Độ pha loãng càng cao, càng cần ít kháng thể để ngăn chặn quá trình đông máu và hai loại virus tương tự nhau về mặt kháng nguyên hơn so với nhau. Độ pha loãng cao nhất của kháng thể dẫn đến ức chế hemagglutinin được coi là một virus HI. Chuẩn độ HI cao hơn có liên quan đến tự kháng nguyên lớn hơn. Sự tương đồng về kháng nguyên lớn hơn cho thấy rằng việc tiêm phòng sẽ tạo ra phản ứng miễn dịch chống lại virus thử nghiệm.

Đặc tính kháng nguyên cung cấp thông tin quan trọng về việc một loại vắc-xin được sử dụng để bảo vệ chống lại virus cúm lưu hành, nhưng có một số hạn chế đối với phương pháp xét nghiệm đặc tính kháng nguyên, được mô tả dưới đây.

4.1. Thích ứng trứng

Ngay bây giờ, hầu hết các vắc-xin cúm được thực hiện bằng cách sử dụng virus phát triển trong trứng. Khi virus cúm ở người thích nghi với trứng, sự thay đổi di truyền có thể xảy ra ở virus. Chúng được gọi là những thay đổi của trứng trứng thích nghi. Một số thay đổi thích nghi với trứng có thể làm thay đổi các đặc tính kháng nguyên (hoặc gây miễn dịch) của virus trong khi một số khác thì không. Những thay đổi thích nghi với trứng đã trở thành một vấn đề đặc biệt đối với việc lựa chọn virus vắc-xin ứng cử viên cho thành phần virus cúm A (H3N2) của vắc-xin cúm. Virus cúm A (H3N2) có xu hướng phát triển kém hơn trong trứng gà so với virus cúm A (H1N1) và chúng cũng dễ bị thay đổi do trứng. Những thay đổi như vậy có thể làm giảm sự bảo vệ miễn dịch được cung cấp bởi vắc-xin cúm chống lại virus A (H3N2) lưu hành.

4.2. Thời gian từ khi lựa chọn virus Vaccine đến khi giao vắc-xin

Sử dụng công nghệ sản xuất vắc-xin hiện tại, phải mất khoảng 6-8 tháng kể từ khi vắc-xin virus được chọn (tức là, tháng hai đối với vắc-xin cúm ở Bắc bán cầu) cho đến khi vắc-xin cúm được phổ biến rộng rãi. Do virus cúm thay đổi liên tục, virus cúm lưu hành có thể thay đổi trong khoảng thời gian 6-8 tháng này. Nếu những thay đổi di truyền này gây ra thay đổi về mặt kháng nguyên, điều đó có nghĩa là các kháng thể được tạo ra thông qua tiêm chủng có thể không nhận ra và làm bất hoạt virus cúm lưu hành. Các công nghệ mới để rút ngắn thời gian sản xuất vắc-xin cúm có thể làm giảm cơ hội thay đổi kháng nguyên đáng kể xảy ra trước khi vắc-xin cúm có sẵn mỗi năm.

4.3. Sử dụng động vật

Sử dụng xét nghiệm HI để đánh giá sự tương đồng của virus cúm lưu hành với vắc-xin virus liên quan đến việc lấy kháng thể từ động vật (đặc biệt là chồn sương). Ferrets thường được sử dụng làm mô hình động vật cho nhiễm cúm ở người vì chúng có thể bị nhiễm virus cúm ở người và gặp các dấu hiệu và triệu chứng tương tự (ví dụ: sốt, hắt hơi, chán ăn, v.v.). Khi chồn sương bị nhiễm virus cúm chúng thường tạo ra các phản ứng kháng thể mạnh chống lại virus cúm được sử dụng để lây nhiễm chồn sương nhưng rất ít hoặc không có kháng thể chống lại các chủng cúm khác. Do đó, xét nghiệm HI (khi được tiến hành sử dụng huyết thanh chồn) là phương pháp nhạy cảm nhất hiện có để phát hiện sự khác biệt về kháng nguyên giữa các virus cúm.

Nguồn tham khảo: cdc.gov